题目

分别画出异丙基环己烷和顺-1-叔丁基-2-甲基环己烷的稳定构象并解释原因；标出a键和e键。

分别画出异丙基环己烷和顺-1-叔丁基-2-甲基环己烷的稳定构象并解释原因；标出a键和e键。

题目解答

答案

异丙基环己烷的稳定构象

  • 构象描述： 异丙基位于赤道位，其余氢原子分布在轴向和赤道位。
  • 解释： 异丙基较大，位于赤道位时空间位阻最小，构象最稳定。
  • a键和e键标注： 异丙基所在的键为e键，其余氢原子中，赤道位的氢为e键，轴向位的氢为a键。

稳定构象示意图： 

      H
      |
H - C - C - H
      |
     -CH(CH₃)₂ (e键)

顺-1-叔丁基-2-甲基环己烷的稳定构象

  • 构象描述： 叔丁基位于赤道位，甲基位于轴向位，保持顺式结构。
  • 解释： 叔丁基较大，位于赤道位时空间位阻最小；甲基较小，位于轴向位，尽管引入一定空间位阻，但整体构象仍较稳定。
  • a键和e键标注： 叔丁基所在的键为e键，甲基所在的键为a键，其余氢原子中，赤道位的氢为e键，轴向位的氢为a键。

稳定构象示意图： 

      CH₃ (a键)
      |
H - C - C - H
      |
     -C(CH₃)₃ (e键)

注： 上述示意图简化了环己烷的椅式结构，实际构象中环己烷为椅式构象，基团分别位于轴向和赤道位。

解析

本题主要考查环己烷衍生物稳定构象的判断、绘制以及对a键（轴向键）和e键（赤道键）的理解，解题的关键在于依据取代基的大小来确定其在环己烷椅式构象中更倾向于占据的位置，以达到空间位阻最小、构象最稳定的状态。

异丙基环己烷

  1. 确定稳定构象：
    • 环己烷有椅式构象，其中存在轴向键（a键）和赤道键（e键）。
    • 异丙基（$-CH(CH_3)_2$）是一个较大的取代基。在环己烷构象中，较大的取代基位于赤道位时，与环上其他原子的空间位阻较小，构象更稳定。所以异丙基环己烷的稳定构象是异丙基位于赤道位。
  2. 标注a键和e键：
    • 异丙基所在的键为赤道键，标记为e键。
    • 其余氢原子中，处于赤道位置的氢原子所在的键为e键，处于轴向位置的氢原子所在的键为a键。

顺 - 1 - 叔丁基 - 2 - 甲基环己烷

  1. 确定稳定构象：
    • 叔丁基（$-C(CH_3)_3$）是一个非常大的取代基，甲基（$-CH_3$）相对较小。
    • 为了使构象稳定，应让较大的叔丁基位于赤道位，以减小空间位阻。同时，由于要求是顺式结构，甲基只能位于轴向位。虽然甲基在轴向位会引入一定的空间位阻，但相较于叔丁基在轴向位的情况，整体构象仍然是比较稳定的。
  2. 标注a键和e键：
    • 叔丁基所在的键为赤道键，标记为e键。
    • 甲基所在的键为轴向键，标记为a键。
    • 其余氢原子中，赤道位的氢原子所在的键为e键，轴向位的氢原子所在的键为a键。